EP4716380A1 - Elektronische schaltung und verfahren zum beheizen eines filaments einer röntgenröhre - Google Patents

Abstract

Elektronische Schaltung (22) zum Bereitstellen einer Heizwechselspannung (6) zum Beheizen eines Filaments (3) einer Röntgenröhre (15). Die elektronische Schaltung (22) weist einen Wechselrichter (8) auf, der dazu eingerichtet ist, eingangsseitig eine Heizgleichspannung (10) zu erhalten und die Heizgleichspannung (10) abhängig von einer Stellgröße (12) in eine Heizwechselspannung (6) zu wandeln und die Heizwechselspannung (6) ausgangsseitig zur Verfügung zu stellen. Außerdem weist die elektronische Schaltung (22) eine Regelanordnung (11) auf, die dazu eingerichtet ist, die Heizgleichspannung (10) und einen aus der Heizgleichspannung (10) resultierenden Heizgleichstrom (9) zu messen und abhängig von der Heizgleichspannung (10) und dem Heizgleichstrom (9) eine Regelgröße zu bestimmen. Die Regelanordnung (11) ist dazu eingerichtet, die Stellgröße (12) abhängig von der Regelgröße zu verändern, um die Regelgröße in einem inneren Regelkreis auf einen vorgegebenen Sollwert (14) zu regeln.

Description

• Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltung zum Bereitstellen einer Heizwechselspannung zum Beheizen eines Filaments einer Röntgenröhre. Außerdem betrifft die Erfindung ein Röntgenröhrensystem mit einer derartigen elektronischen Schaltung und ein medizinisches Bildgebungssystem mit einem derartigen Röntgenröhrensystem. Die Erfindung betrifft darüber hinaus entsprechende Verfahren.
• Eine Röntgenröhre ist eine spezielle Elektronenstrahlröhre zur Erzeugung von Röntgenstrahlung. Röntgenröhren werden in unterschiedlichen bildgebenden Verfahren verwendet und bieten eine Vielzahl von Möglichkeiten unter anderem in der modernen Medizin.
• Zur Erzeugung von Röntgenstrahlung mittels einer Röntgenröhre werden freie Elektronen benötigt, die mit Hilfe einer definierten Röhrenhochspannung von einer Kathode hin zu einer Anode beschleunigt werden können. Die freigesetzten Elektronen, also Ladungen, pro Zeiteinheit, die von der Kathode zur Anode fließen, werden als Röhrenstrom bezeichnet. Zur Erzeugung der freien Elektronen wird die Kathode als ein Filament ausgebildet, beispielsweise in Form eines Wolframemitters. Das Filament wird durch einen elektrischen Stromfluss so stark erhitzt, dass sich Elektronen aus dem Metallgitter des Filaments lösen. Der Stromfluss durch das Filament wird im Folgenden als Filamentstrom bezeichnet.
• Eine erzeugte Röntgendosis hängt von der Röhrenhochspannung und dem Röhrenstrom ab. Der Röhrenstrom hängt mit dem Filamentstrom zusammen. Es muss der Filamentstrom also so eingestellt werden, dass die gewünschte Temperatur des Filaments erreicht wird und damit der passende Röhrenstrom erzeugt wird.
• Da die Kathode in vielen Fällen auf Hochspannungspotential resultierend aus der Röhrenhochspannung liegt, ist in solchen Fällen aus Isolationsgründen eine galvanische Trennung in Form eines Transformators, auch Heiztransformator genannt, notwendig. Dies hat zur Folge, dass der Filamentstrom nur mit einer aufwendigen und kostenintensiven Auswerteelektronik auf Hochspannungspotential direkt erfasst werden kann. Diese Auswerteelektronik müsste gegebenenfalls mit der Steuerungselektronik für die Halbleiterschalter auf der Primärseite Daten austauschen. Stattdessen wird im Stand der Technik der primärseitige Strom des Transformators, der als Heizwechselstrom bezeichnet wird, gemessen und als Regelgröße verwendet.
• Da die Emissionskurve der Röntgenröhre, die das Verhältnis zwischen Röhren- und Heizwechselstrom wiedergibt, einen sehr großen Gradienten aufweisen kann, ist eine sehr präzise Erfassung des Heizwechselstroms notwendig, was ebenso mit hohem Schaltungs- und Kostenaufwand verbunden ist.
• Derzeit wird in bekannten Anwendungen eine möglichst präzise Messung eines Effektivwerts des Heizwechselstroms durchgeführt. Hierzu ist für eine primärseitige Erfassung des Heizwechselstroms ein zusätzlicher Messtransformator notwendig, der auch eine Potentialtrennung zur Steuerungselektronik sicherstellt. Dessen sekundärseitiger Strom wird über einen Messwiderstand in eine Spannung in Form eines Hochfrequenzsignals gewandelt. Für eine Auswertung dieses Hochfrequenzsignals ist ein vergleichsweise aufwendiger integrierter analoger Schaltkreis zur Bestimmung eines dem Effektivwert entsprechenden Gleichsignals notwendig. Alternativ zur analogen Realisierung der Effektivwerterfassung kann ein entsprechender digitaler Filter mit vergleichbarer Funktionalität verwendet werden. Dies erfordert eine hohe Überabtastung des Hochfrequenzsignals, um eine hinreichende Genauigkeit im Effektivwert zu erreichen, was ebenfalls eine vergleichsweise teure Signalverarbeitungskette notwendig macht.
• Da gewisse Toleranzen in der Erfassung des Heizwechselstroms und Temperaturabhängigkeiten in einem Heizleistungskanal dennoch bestehen bleiben und auch eine Emissionscharakteristik einer Röntgenröhre einer gewissen Toleranz unterliegt, muss ein tatsächliches Verhältnis zwischen Röhren- und Heizwechselstrom durch Test-Scans kalibriert werden, um die Anforderungen an den Röhrenstrom zu erfüllen. Diese Prozedur wird als Filamentlernen bezeichnet. Durch die Alterung des Emitterwiderstands bzw. des Filamentwiderstands und die damit einhergehende Änderung seines Widerstandswerts, muss das Filamentlernen in definierten Abständen wiederholt werden, um weiterhin eine hinreichende Genauigkeit zu ermöglichen. Die so beschriebene Herangehensweise ist eingehend in der Fachliteratur beschrieben, z. B. in [Behling,2021: Modern Diagnostic X-Ray Sources: Technology, Manufacturing, Reliability].
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Röhrenstrom genauer und/oder schneller auf den vordefinierten Sollwert zu regeln.
• Diese Aufgabe wird durch den jeweiligen Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der folgenden Beschreibung sowie der Figuren.
• Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, die Beheizung des Filaments anhand einer Regelgrö-βe zu regeln, die vom Heizgleichstrom und der Heizgleichspannung an der Eingangsseite eines Wechselrichters abhängt.
• Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine elektronische Schaltung zum Bereitstellen einer Heizwechselspannung zum Beheizen eines Filaments einer Röntgenröhre angegeben. Die elektronische Schaltung weist einen Wechselrichter auf, der dazu eingerichtet ist, eingangsseitig eine Heizgleichspannung zu erhalten und die Heizgleichspannung abhängig von einer Stellgröße in eine Heizwechselspannung zu wandeln und die Heizwechselspannung ausgangsseitig zur Verfügung zu stellen. Außerdem weist die elektronische Schaltung eine Regelanordnung auf, die dazu eingerichtet ist, die Heizgleichspannung und einen aus der Heizgleichspannung resultierenden Heizgleichstrom zu messen, insbesondere eingangsseitig des Wechselrichters zu messen, und abhängig von der Heizgleichspannung und dem Heizgleichstrom eine Regelgröße zu bestimmen. Dazu ist die Regelanordnung dazu eingerichtet, die Stellgröße abhängig von der Regelgröße zu verändern, um die Regelgröße in einem inneren Regelkreis auf einen vorgegebenen Sollwert zu regeln.
• In anderen Worten kann die elektronische Schaltung am Ausgang des Wechselrichters eine aus der Heizgleichspannung erzeugte, regelbare Heizwechselspannung zur Verfügung stellen, die zum Beheizen des Filaments verwendet werden kann. Die Heizwechselspannung kann beispielsweise vom Filament galvanisch getrennt sein und zum Beispiel über einen Transformator geführt werden. Dies entspricht einer indirekten Bereitstellung der Heizwechselspannung an das Filament. Die Heizwechselspannung kann dann primärseitig mit dem Transformator verbunden sein. Der Transformator kann sekundärseitig eine Filamentspannung zur Verfügung stellen, die mit dem Filament verbunden ist. Die Filamentspannung hängt dabei insbesondere von der Heizwechselspannung ab. Die Filamentspannung kann einen Filamentstrom verursachen, der das Filament beheizt. Der Transformator kann so eingerichtet sein, dass die Filamentspannung eine höhere Spannungsamplitude aufweist als die Heizwechselspannung, insbesondere kann die Filamentspannung auch als Filamenthochspannung bezeichnet werden.
• In anderen Ausführungsformen kann die Heizwechselspannung direkt mit dem Filament verbunden sein. Dies kann zum Beispiel eine Alternative sein für den Fall, dass keine galvanische Trennung notwendig ist. Eine galvanische Trennung wird insbesondere dann nicht benötigt, wenn ein Spannungspegel der Röhrenhochspannung am Filament einem Massepegel entspricht oder nahe einem Massepegel liegt.
• Der Begriff des inneren Regelkreises kann derart aufgefasst werden, dass der innere Regelkreis entweder der einzige für die entsprechende Ausführungsform der Erfindung relevante Regelkreis ist oder dass der innere Regelkreis einem äußeren Regelkreis unterlagert ist. Im Fall, dass der innere Regelkreis der einzige Regelkreis ist, kann der Begriff innerer Regelkreis mit der Bezeichnung Regelkreis gleichgesetzt werden. Ebenso kann dann die Bezeichnung innere Regelschleife mit der Bezeichnung Regelschleife gleichgesetzt werden.
• Alternativ zur beschriebenen Anordnung aus dem inneren Regelkreis und dem äußeren Regelkreis besteht beispielsweise auch die Möglichkeit einen ersten Regelkreis für die Heizleistung parallel zu einem zweiten Regelkreis für den Röhrenstrom zu betreiben. Diese Struktur wird als ablösende Reglerstruktur bezeichnet, dadurch gekennzeichnet, dass der Reglerausgang mit dem niedrigeren Wert als Stellgrad verwendet wird.
• Im Fall, dass die elektronische Schaltung einen äußeren Regelkreis aufweist, kann dieser insbesondere langsamer ausgelegt sein als der innere Regelkreis und/oder beispielsweise dazu eingerichtet sein, den Sollwert des inneren Regelkreises zu regeln.
• Der Wechselrichter kann eine veränderbare Ausgangsspannung erzeugen. Die Ausgangsspannung ist im vorliegenden Fall die Heizwechselspannung. Die Stellgröße kann ebenso als Betriebsparameter des Wechselrichters bezeichnet werden. Der Wechselrichter kann also die Heizwechselspannung erzeugen, die sich je nach Wert des Betriebsparameters ändern kann. Insbesondere ist über die Stellgröße ein Aussteuergrad des Wechselrichters veränderbar. Der Wechselrichter kann insbesondere eine Vollbrücke oder eine Halbbrücke in Kombination mit einem kapazitiven Spannungsteiler, welcher die Heizgleichspannung halbiert, aufweisen. Die Vollbrücke oder die Halbbrücke können zum Beispiel über ein PWM Signal angesteuert werden.
• Die Regelanordnung enthält beispielsweise eine Messeinrichtung, die dazu eingerichtet ist, sowohl die Heizgleichspannung als auch den Heizgleichstrom eingangsseitig des Wechselrichters zu messen, also beispielsweise ein Spannungsmessgerät und ein Strommessgerät beinhaltet. Dabei können die beiden Werte unabhängig voneinander gemessen werden. Ebenso enthält die Regelanordnung beispielsweise einen Regler, der dazu eingerichtet ist, die Regelgröße zu berechnen und anhand der Regelgröße die Stellgröße auszugeben. Die Regelgröße kann sich aus den gemessenen Werten der Heizgleichspannung und des Heizgleichstroms zusammensetzen beziehungsweise abhängig von diesen berechnet werden, also abhängig nur von der Heizgleichspannung und dem Heizgleichstrom oder abhängig zusätzlich von weiteren Größen.
• Die Berechnung der Regelgröße kann insbesondere eine Multiplikation der Heizgleichspannung mit dem Heizgleichstrom oder eine Division der Heizgleichspannung durch den Heizgleichstrom oder umgekehrt beinhalten.
• Die Stellgröße kann ausgangsseitig der Regelanordnung zur Verfügung gestellt werden und ist am Wechselrichter angeschlossen. Für die Regelgröße kann ein Sollwert vorgegeben werden, auf den der Regler seine Regelung ausrichtet. Insbesondere kann der Regler eine Differenz der Regelgröße und des Sollwerts bilden und auf einen Zielwert der Differenz von null regeln. Es ist auch möglich, dass sich der Sollwert innerhalb des Regelvorgangs ändert, also eine Anpassung des Sollwerts erfolgt.
• Eine Änderung der Stellgröße kann eine Änderung der Heizwechselspannung nach sich ziehen, da sich der Aussteuergrad des Wechselrichters ändern kann. Sobald entweder direkt oder indirekt ein Filament an die elektronische Schaltung angeschlossen ist, kann eine Änderung der Heizwechselspannung eine Änderung des Heizwechselstroms oder des Filamentstroms nach sich ziehen und damit die Temperatur des Filaments verändern. Die Temperatur des Filaments wiederrum kann einen Röhrenstrom beeinflussen und damit eine Röntgendosis verändern und ist damit ein ausschlaggebender Faktor für eine Qualität einer Röntgenaufnahme.
• Ein Vorteil der beschriebenen Erfindung ist die einfache Messung der relevanten Parameter für die Regelung im Gleichspannungs- bzw. Gleichstrombereich ohne aufwendige Messgeräte oder einer Notwendigkeit einer galvanischen Trennung. Die Messung dieser Ausgangsgrößen gestaltet sich als einfacher und kostengünstiger als eine Messung im Wechselspannungs- bzw. Wechselstrombereich. Ebenso sind keine Effektivwertbildungen notwendig, da die Ausgangsgrößen direkt vorliegen. Die Messung erlaubt ebenso einen einfacheren Aufbau in Bezug auf eine Kühlung der Komponenten, insbesondere können beispielsweise Kühlkörper entfallen, die bei einer Messung im Wechselspannungs- bzw. Wechselstrombereich notwendig sind.
• Des Weiteren ist der Gradient des Zusammenhangs zwischen einem Heizwechselstrom und dem Röhrenstrom verhältnismäßig hoch, d.h. eine kleine Änderung des Heizwechselstroms hat bereits eine große Auswirkung auf den Röhrenstrom. Eine konventionelle Regelung, die auf den Heizwechselstrom als Regelgröße abstellt, kann daher nur relativ langsam regeln und eine gro-βe Anzahl von Überschwingern enthalten. Der Gradient fällt deutlich flacher aus, wenn eine Regelgröße verwendet wird, die sich aus den Komponenten Heizgleichstrom und Heizgleichspannung zusammensetzt. Dies ist bei der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltung der Fall, wodurch unter anderem die oben genannte Aufgabe gelöst wird.
• Letztlich können dadurch auch die Aufnahmedauer und somit die applizierte Röntgendosis einer Röntgenaufnahme reduziert werden.
• Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Vorgang eines Filamentlernens lediglich nach deutlich längeren Zeitintervallen durchgeführt werden muss. Dies ist darin begründet, dass die Abhängigkeit einer Emission von der Heizgleichspannung und dem Heizgleichstrom einen deutlich geringeren Gradienten aufweist. Somit ist der Toleranzbereich in Bezug auf das Altern des Filaments größer. Eine wesentliche Eigenschaft des Filaments, zum Beispiel in Form einer Impedanz des Filaments ist aufgrund der Messung der Heizgleichspannung und des Heizgleichstroms und ein Wissen über die übrigen Schaltungsteile abschätzbar und muss damit nicht aufwendig angelernt werden. Insbesondere kann durch die Abschätzung der Impedanz des Filaments auch eine vorausschauende Wartung für die Röntgenröhre ermöglicht werden.
• Gemäß zumindest einer Ausführungsform der elektronischen Schaltung ist die Regelanordnung dazu eingerichtet, aus der Heizgleichspannung und dem Heizgleichstrom eine Heizleistung zu bestimmen. Außerdem ist die Regelanordnung dazu eingerichtet, die Regelgröße abhängig von der Heizleistung zu bestimmen.
• Mit anderen Worten kann die Regelanordnung die Heizleistung aus den gemessenen Werten der Heizgleichspannung und des Heizgleichstroms berechnen, insbesondere als Produkt dieser Werte. Die Ausführungsform beinhaltet ebenso den Fall, dass die Regelgröße der Heizleistung entspricht. Alternativ kann die Regelgröße auch direkt proportional zur Heizleistung sein oder es kann ein anderer definierter Zusammenhang zwischen Heizleistung und Regelgröße vorliegen.
• Im Vergleich zum hohen Gradienten des Zusammenhangs zwischen einem Heizwechselstrom und dem Röhrenstrom, weist der Zusammenhang zwischen der Heizleistung und dem Röhrenstrom einen deutlich flacheren Verlauf auf. Aus diesem Grund ist eine Regelung auf die Heizleistung genauer und kann schneller die Sollgröße erreichen. Insbesondere können mit der vorgestellten Ausführungsform mögliche Überschwinger eines Regelprozesses verringert oder vermieden werden.
• Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform der elektronischen Schaltung ist die Regelanordnung dazu eingerichtet, den vorgegebenen Sollwert der Regelgröße abhängig von der Heizleistung und der Stellgröße in einem äußeren Regelkreis zu regeln.
• In solchen Ausführungsformen kann die Regelung der Regelgröße auf den Sollwert als innerer Regelkreis mit entsprechenden inneren Regelschleifen aufgefasst werden und die Regelung des Sollwerts als äußerer Regelkreis mit entsprechenden äußeren Regelschleifen.
• Der äußere Regelkreis kann dabei dem inneren Regelkreis überlagert sein und den Sollwert des inneren Regelkreises basierend auf der Heizleistung und der Stellgröße regeln. Die Heizleistung kann aus der Heizgleichspannung und dem Heizgleichstrom bestimmt werden. Insbesondere können während einer äußeren Regelschleife mehrere innere Regelschleifen durchgeführt werden.
• Es kann eine weitere Regelgröße für den äußeren Regelkreis abhängig von der Heizleistung und der Stellgröße bestimmt werden. Die Heizleistung und die Stellgröße haben einen unmittelbaren Einfluss auf die Temperatur des Filaments. Daher kann die weitere Regelgröße in manchen Ausführungsformen einer effektiven Impedanz des Filaments oder einem Impedanzäquivalent des Filaments entsprechen.
• Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist die Beschleunigung des Regelprozesses insbesondere in einer Startphase oder auch einer Aufwärmphase eines Aufnahmeprozesses. Die Limitierung der maximalen Stellgröße kann explizit auf einen höheren Wert gesetzt werden, um zum Beispiel eine größere Menge an Energie in das Filament zu transportieren und die Aufwärmphase damit zu verkürzen.
• Dies kann insbesondere auch deshalb vorteilhaft sein, da nach Beginn einer Röntgenaufnahme eine Nachführung des Röhrenstroms durch Erhöhung oder insbesondere Verringerung des Heizwechselstroms nur vor dem Hintergrund einer thermischen Zeitkonstante eines Emitterwiderstands, also des Filaments, möglich ist, welche in der Größenordnung einer Aufnahmedauer einer Röntgenaufnahme liegen kann. Erst mit Einschalten der Röhrenhochspannung fließt ein Röhrenstrom. Es ist daher wünschenswert, dass der Röhrenstrom zu Beginn der Aufnahme möglichst nahe am Zielwert liegt.
• Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform der elektronischen Schaltung ist die Regelanordnung dazu eingerichtet, aus der Heizgleichspannung und dem Heizgleichstrom eine Heizimpedanz zu bestimmen. Außerdem ist die Regelanordnung dazu eingerichtet, die Regelgröße abhängig von der Heizimpedanz zu bestimmen.
• Insbesondere kann die Regelanordnung dazu eingerichtet sein, aus der Heizgleichspannung, dem Heizgleichstrom und dem Aussteuergrad des Wechselrichters bzw. der Stellgröße die Heizimpedanz zu bestimmen.
• Insbesondere kann die Heizimpedanz auch als Heizimpedanzäquivalent bezeichnet werden, da die Heizimpedanz des Filaments nicht unmittelbar vorliegen kann, sondern beispielsweise aus den Größen der Heizgleichspannung, des Heizgleichstroms und der Stellgröße bestimmt werden kann.
• Mit anderen Worten kann die Regelanordnung die Heizimpedanz aus den gemessenen Werten der Heizgleichspannung und des Heizgleichstrom berechnen, insbesondere als Quotient dieser Werte, dabei ist die Heizgleichspannung der Dividend und der Heizgleichstrom der Divisor. Insbesondere kann die Heizimpedanz auch als Heizwiderstand bezeichnet werden. Die Ausführungsform beinhaltet ebenso den Fall, dass die Regelgröße der Heizimpedanz entspricht. Insbesondere kann die Regelgröße auch direkt proportional zur Heizimpedanz sein.
• Hier und im Folgenden kann der Begriff der Impedanz sowohl eine komplexwertige Impedanz als auch eine reellwertige Impedanz, also einen Ohm'schen Widerstand, bezeichnen, sofern nichts Gegenteiliges erwähnt ist.
• Im Vergleich zum hohen Gradienten des Zusammenhangs zwischen einem Heizwechselstrom und dem Röhrenstrom, weist der Zusammenhang zwischen der Heizimpedanz und dem Röhrenstrom einen deutlich flacheren Verlauf auf. Aus diesem Grund ist eine Regelung auf die Heizimpedanz genauer und kann schneller die Sollgröße erreichen. Insbesondere können mit der vorgestellten Ausführungsform mögliche Überschwinger eines Regelprozesses verringert oder vermieden werden.
• Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform der elektronischen Schaltung ist die Regelanordnung dazu eingerichtet, den Heizgleichstrom vor einer Durchführung einer initialen inneren Regelschleife des inneren Regelkreises auf einen vordefinierten Initialwert zu setzen.
• Mit anderen Worten kann der Regelprozess des inneren Regelkreises mit einem Wert für den Heizgleichstrom, der als Divisor in die Heizimpedanz eingeht, von einem geringen positiven Wert als vordefinierter Initialwert starten. Gering bedeutet in diesem Zusammenhang klein gegenüber Messwerten, die bei vorherigen Messungen ermittelt wurden. Ein Wert des Heizgleichstroms von nahe null oder gleich null, würde die Heizimpedanz auf sehr große Werte oder auf einen Wert von unendlich ansteigen lassen.
• Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist eine verbesserte Konvergenz des inneren Regelkreises gegen den Sollwert insbesondere in der Startphase der Messung.
• Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform der elektronischen Schaltung ist die Heizwechselspannung eine nicht-sinusförmige Wechselspannung und die Stellgröße entspricht dem Puls-Pausenverhältnis der Heizwechselspannung.
• Insbesondere kann die Heizwechselspannung eine Folge von Pulsen, insbesondere Rechteckpulsen, enthalten oder daraus zusammengesetzt sein. Die Heizwechselspannung kann insbesondere aus einer Folge von Pulsen mit einer festen Frequenz zusammengesetzt sein. Die Stellgröße kann dann dem Puls-Pausenverhältnis der Pulse entsprechen. Dabei kann ein hohes Puls-Pausverhältnis einem hohen Energiegehalt der Heizwechselspannung entsprechen und damit einen hohen Filamentstrom verursachen, also zu einer hohen Temperatur des Filaments führen. Im Gegensatz dazu kann ein geringes Puls-Pausenverhältnis einem geringen Energiegehalt der Heizwechselspannung entsprechen, also einen geringeren Wert des Filamentstroms verursachen und zu einer geringeren Temperatur des Filaments führen.
• Diese Art der Heizwechselspannung bietet den Vorteil der einfachen Umsetzung in moderner und kostengünstiger Schaltungstechnik und der schnellen und genauen Anpassung notwendiger Parameter. Der Wechselrichter kann dabei als PWM-Wechselrichter ausgeführt werden. Diese Ausführung ist ebenso von Vorteil in Bezug auf Schnelligkeit eines Umschaltvorgangs und der Genauigkeit der Regelung des Filamentstroms.
• Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform enthält die elektronische Schaltung einen Transformator, der dazu eingerichtet ist, primärseitig die Heizwechselspannung zu erhalten. Außerdem ist der Transformator dazu eingerichtet, abhängig von einem Übersetzungsverhältnis sekundärseitig eine Filamentspannung zum Beheizen des Filaments zur Verfügung zu stellen. Der Transformator kann auch als Heiztransformator bezeichnet werden.
• Der Transformator kann die Heizwechselspannung erhalten, die der Wechselrichter ausgangsseitig zur Verfügung stellt. Insbesondere kann der Transformator die galvanische Trennung von dem auf einem hohen Spannungspotential der Röhrenhochspannung liegenden Filament sicherstellen. Der Transformator kann dabei ebenso aufgrund des Übersetzungsverhältnisses ausgangsseitig eine höhere, insbesondere eine deutlich höhere, Spannungsamplitude ausgeben, als er eingangsseitig erhält. Somit kann der Transformator eine Filamentspannung zum Beheizen des Filaments zur Verfügung stellen. Insbesondere ist die Filamentspannung eine Wechselspannung.
• Ein Vorteil der Verwendung des Transformators ist die galvanische Trennung der Stromkreise und die Möglichkeit der Erhöhung der Spannungsamplitude.
• Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform der elektronischen Schaltung enthält die Regelanordnung einen PI Regler oder einen PID Regler.
• Der Pl Regler oder der PID Regler ist insbesondere dazu eingerichtet, die Stellgröße abhängig von der Regelgröße zu verändern.
• Der Pl Regler (proportional-integral controller) enthält sowohl eine proportionale Komponente als auch eine integrale Komponente. Bei der proportionalen Komponente ist der Zusammenhang zwischen einer Eingangs- und einer Ausgangsgröße definiert durch eine Sprungfunktion mit einer festgelegten Verstärkung. Die integrale Komponente zeigt zwischen Eingang und Ausgang einen linear ansteigenden Verlauf. Der PID Regler (proportional- integral-derivative controller) enthält zusätzlich eine differentielle Komponente. Eine Sprungantwort ist eine Stoßfunktion mit theoretisch unendlicher Größe.
• Ein Vorteil der Verwendung von Pl Reglern ist die Kombination aus einer schnellen Reaktionsfähigkeit der proportionalen Komponente und eine exakte Ausregelung ohne bleibende Regelabweichung des integralen Anteils. Der PID Regler bietet darüber hinaus noch den Vorteil, dass auch schnelle Regeldifferenzen durch eine starke Reaktion des Reglers ausgeregelt werden können. Die Verwendung von Pl oder PID Reglern vereinfacht den Aufbau der erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung und erhöht die Regelgenauigkeit.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Röntgenröhrensystem, insbesondere ein Röntgenröhrensystem für ein medizinisches Bildgebungssystem mittels Röntgenstrahlung, angegeben, aufweisend eine erfindungsgemäße elektronische Schaltung und eine Röntgenröhre.
• Die Röntgenröhre kann dabei ein Filament enthalten, das durch die elektronische Schaltung mit einer Heizwechselspannung versorgt werden kann. Insbesondere ist die elektronische Schaltung derart mit dem Filament verbunden, dass an dem Filament die Filamentspannung angelegt werden kann. Neben der elektronischen Schaltung und der Röntgenröhre kann das Röntgenröhrensystem weitere Komponenten enthalten wie zum Beispiel ein Gehäuse und eine Röntgenanode.
• Weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Röntgenröhrensystems folgen unmittelbar aus den verschiedenen Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung. Insbesondere lassen sich einzelne Merkmale und entsprechende Erläuterungen sowie Vorteile bezüglich der verschiedenen Ausführungsformen zu den erfindungsgemäßen Vorrichtungen analog auf entsprechende Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Röntgenröhrensystems übertragen.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein medizinisches Bildgebungssystem aufweisend ein erfindungsgemäßes Röntgenröhrensystem angegeben.
• Das medizinische Bildgebungssystem kann zum Beispiel ein Röntgensystem, insbesondere ein digitales Röntgensystem, sowohl ein stationäres als auch ein mobiles System, sein, oder ein spezialisiertes Röntgengerät, wie ein Computertomographiesystem (CT-Systeme), ein Kegelstrahl-CT-System, ein Mammographiesystem, ein Dentalröntgensystem, ein Fluoroskopiesystem, ein Angiographiesystem, ein C-Bogen-System oder auch ein klassisches Röntgengerät.
• Weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen medizinischen Bildgebungssystems folgen unmittelbar aus den verschiedenen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Röntgenröhrensystems oder der erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung. Insbesondere lassen sich einzelne Merkmale und entsprechende Erläuterungen sowie Vorteile bezüglich der verschiedenen Ausführungsformen zu den erfindungsgemäßen Vorrichtungen analog auf entsprechende Ausführungsformen des erfindungsgemäßen medizinischen Bildgebungssystems übertragen.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Bereitstellen einer Heizwechselspannung zum Beheizen eines Filaments einer Röntgenröhre angegeben. Dabei wird zunächst eine Heizgleichspannung abhängig von einer Stellgröße in eine Heizwechselspannung gewandelt und die Heizwechselspannung zur Verfügung gestellt. Außerdem werden die Heizgleichspannung und ein aus der Heizgleichspannung resultierender Heizgleichstrom, insbesondere eingangsseitig eines Wechselrichters, gemessen und abhängig davon wird eine Regelgröße bestimmt. Die Stellgröße wird abhängig von der Regelgröße verändert, um die Regelgröße auf einen vorgegebenen Sollwert zu regeln, insbesondere in einem inneren Regelkreis.
• Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Filament abhängig von der Heizwechselspannung beheizt.
• Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist der vorgegebene Sollwert der Regelgröße für eine vorgegebene Röhrenhochspannung abhängig von einem Zusammenhang zwischen einem vorgegebenen Röhrenstrom und der Regelgröße.
• Dabei kann der Zusammenhang zwischen dem vorgegebenen Röhrenstrom und der Regelgrö-βe durch eine vorgelagerte Kalibrierung bestimmt werden. Die Kalibrierung kann nach Abschluss als Ergebnis eine Wertetabelle haben, die für eine spätere Verwendung zum Beispiel in einer Datenverarbeitungseinheit gespeichert werden kann.
• Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird aus der Heizgleichspannung und dem Heizgleichstrom eine Heizleistung bestimmt. Außerdem wird die Regelgrö-βe abhängig von der Heizimpedanz bestimmt.
• Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird aus der Heizgleichspannung und dem Heizgleichstrom eine Heizimpedanz bestimmt. Außerdem wird die Regelgröße abhängig von der Heizimpedanz bestimmt.
• Insbesondere kann bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens die Heizimpedanz aus der Heizgleichspannung, dem Heizgleichstrom und dem Aussteuergrad des Wechselrichters bzw. der Stellgröße bestimmen werden.
• Weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens folgen unmittelbar aus den verschiedenen Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung und umgekehrt. Insbesondere lassen sich einzelne Merkmale und entsprechende Erläuterungen sowie Vorteile bezüglich der verschiedenen Ausführungsformen zu der erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung analog auf entsprechende Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens übertragen. Insbesondere ist die erfindungsgemäße elektronische Schaltung zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet oder programmiert. Insbesondere führt die erfindungsgemäße elektronische Schaltung das erfindungsgemäße Verfahren durch.
• Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen der Erfindung ergeben sich aus den Figuren und deren Beschreibung sowie aus den Ansprüchen. Insbesondere müssen weitere Ausführungsformen der Erfindung nicht unbedingt alle Merkmale eines der Ansprüche enthalten. Weitere Ausführungsformen der Erfindungen können Merkmale oder Merkmalskombinationen aufweisen, die nicht in den Ansprüchen genannt sind.
• Die Erfindung wird im Folgenden anhand konkreter Ausführungsbeispiele und zugehöriger schematischer Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren können gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Beschreibung gleicher oder funktionsgleicher Elemente wird gegebenenfalls nicht notwendigerweise bezüglich verschiedener Figuren wiederholt.
• Dabei zeigen

FIG 1

ein schematisches Blockdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung; und

FIG 2

ein schematisches Blockschaltbild einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung; und

FIG 3

eine schematische Darstellung eines Zusammenhangs zwischen relativem Heizwechselstrom und relativer Heizleistung gegenüber dem Röhrenstrom; und

FIG 4

ein schematisches Blockschaltbild einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung; und

FIG 5

ein schematisches Blockschaltbild einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung.

• In FIG 1 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung 22 zum Bereitstellen einer Heizwechselspannung 6 zum Beheizen eines Filaments 3 einer Röntgenröhre 15 gezeigt. Die elektronische Schaltung 22 weist einen Wechselrichter 8 auf, der dazu eingerichtet ist, eingangsseitig eine Heizgleichspannung 10 zu erhalten und die Heizgleichspannung 10 abhängig von einer Stellgröße 12 in eine Heizwechselspannung 6 zu wandeln und die Heizwechselspannung 6 ausgangsseitig des Wechselrichters 8 zur Verfügung zu stellen. Außerdem weist die elektronische Schaltung 22 eine Regelanordnung 11 auf, die dazu eingerichtet ist, die Heizgleichspannung 10 und einen aus der Heizgleichspannung 10 resultierenden Heizgleichstrom 9 zu messen und abhängig von der Heizgleichspannung 10 und dem Heizgleichstrom 9 eine Regelgröße zu bestimmen. Die Regelanordnung 11 ist dazu eingerichtet, die Stellgröße 12 abhängig von der Regelgröße zu verändern, um die Regelgröße in einem Regelkreis, beispielsweise in einem inneren Regelkreis, auf einen vorgegebenen Sollwert 14 zu regeln.
• FIG 1 zeigt ebenso schematisch eine Anode 2 der Röntgenröhre 15 und eine zwischen Filament 3 und Anode 2 angelegte Röhrenhochspannung 5 und einen Röhrenstrom 1. Diese beiden Größen können entscheidend sein für eine Röntgendosis, die bei einer Röntgenaufnahme anfallen kann und auf ein zu untersuchendes Objekt einwirkt.
• Die Regelanordnung 11 kann in dem inneren Regelkreis eine Messanordnung, aufweisend zumindest ein Messgerät zur Messung der Heizgleichspannung 10 und des Heizgleichstroms 9 und einen inneren Regler 20, sowie optional einen Invertierer 21 enthalten. Der innere Regler 20 kann in zumindest einer Ausführungsform einen Pl oder einen PID Regler aufweisen. Die Art des Reglers kann dabei das Regelverhalten im Hinblick auf eine Amplitudenabweichung der Regelgröße und dessen zeitlichen Einschwingvorgangs beeinflussen. Dabei kann beispielsweise die Regelanordnung 11 aus der Heizgleichspannung 10 und dem Heizgleichstrom 9 die Regelgröße als Produkt oder als Quotient dieser beiden Größen ermitteln. In dem Fall, dass die Heizgleichspannung 10 mit Heizgleichstrom 9 multipliziert wird, kann die Regelgröße also als Heizleistung 16 bezeichnet werden. In dem Fall, dass die Heizgleichspannung 10 der Dividend und der Heizgleichstrom 9 der Divisor ist, kann die Regelgröße ebenso als Heizimpedanz 17 bezeichnet werden. Der vorgegebene Sollwert 14 kann als Eingangsgröße der Regelanordnung 11 dienen und kann innerhalb der Regelanordnung 11 zum Abgleich mit der Regelgröße herangezogen werden. Dabei kann der Invertierer 21 beispielsweise zunächst den Wert der Regelgröße invertieren und anschließend kann der innere Regler 20 den invertierten Wert der Regelgröße mit dem Sollwert 14 vergleichen, insbesondere durch Bildung einer Differenz.
• Die Stellgröße 12 kann von der Regelanordnung 11 dem Wechselrichter 8 zur Verfügung gestellt werden. In zumindest einer Ausführungsform kann die Stellgröße 12 einem Puls-Pausenverhältnis der Heizwechselspannung 6 entsprechen. Mit dem Puls-Pausenverhältnis kann die mittlere Heizwechselspannung 6 angepasst werden und daraus resultierend der mittlere Heizwechselstrom 7 durch das Filament 3. Diese beiden Größen können ausschlaggebend sein für die Temperatur des Filaments 3.
• In FIG 1 ist außerdem ein Transformator 13 gezeigt, der die Heizwechselspannung 6 galvanisch von einem Stromkreis des Filaments 3 trennen kann. Der Transformator 13 ist in manchen Ausführungsformen Teil der elektronischen Schaltung 22. Der Transformator 13 erhält eingangsseitig die Heizwechselspannung 6 und kann daraus eine Filamentspannung 18 erzeugen. Abhängig von einem Übersetzungsverhältnis kann der Transformator 13 die Heizwechselspannung 6 zum Beispiel zu einer Hochspannung transformieren. Bei der Filamentspannung 18 kann es sich zum Beispiel um eine Wechselspannung handeln. Die Filamentspannung 18 kann zu einem Filamentstrom 4 führen, der durch das Filament 3 fließt und daher direkt für eine Temperaturänderung des Filaments 3 ausschlaggebend sein kann.
• Eine weitere beispielhafte Ausführungsform der elektronischen Schaltung 22, die auf der Ausführungsform der FIG 1 basiert, ist im Blockschaltbild von FIG 2 gezeigt. Der Heizgleichstrom 9 kann beispielsweise über einen Messwiderstand 23 gemessen werden und zum Beispiel anhand eines optionalen Tiefpassfilters 24, das zur Glättung des Heizgleichstroms 9 verwendet werden kann, erfasst werden. Zudem kann die Heizgleichspannung 10 gemessen werden und ebenso über ein optionales Tiefpassfilter 25, das zur Glättung der Heizgleichspannung 10 verwendet werden kann, erfasst werden. Glättung kann in diesem Zusammenhang als Mittelung des Messwerts über ein vorgegebenes Zeitintervall aufgefasst werden. Eine solche Glättung kann beispielsweise kurzfristige Strom- oder Spannungsspitzen aus einer Messung entfernen, um eine Regelung zu verbessern. Aus beiden geglätteten Signalen, nämlich dem geglätteten Heizgleichstrom 9 und der geglätteten Heizgleichspannung 10, kann die Regelgröße bestimmt werden. In dieser Ausführungsform ist die Regelgröße als Heizleistung 16 dargestellt, die als Ergebnis aus einer Multiplikation der beiden Signale resultiert.
• Der Wechselrichter 8 ist in FIG 2 beispielhaft als Vollbrückenwechselrichter dargestellt. Hier können Vollbrückentopologien mit oder ohne Resonanzkreis verwendet werden, beispielsweise mit Leistungshalbleitern mit Sperrspannungen unter 100 V und bevorzugt in SMD Bauweise. Das können zum Beispiel Si-MOSFETS oder GaN-FETS sein. Als Ansteuerverfahren kann eine Phasenmodulation (phase shift modulation) oder eine Schaltfrequenzmodulation besonders geeignet sein. Ebenso sind auch andere Arten von Wechselrichtern 8 einsetzbar.
• FIG 3 zeigt ein Funktionsdiagramm, das einen prinzipiellen Zusammenhang zwischen einem relativen Heizwechselstrom 7` und einer relativen Heizleistung 16' mit dem Röhrenstrom 1, hier als I<sub>t</sub> bezeichnet und in Milliampere auf der Ordinatenachse aufgetragen, aufzeigt. Relativ ist in diesem Zusammenhang definiert als Quotient des Werts des Heizwechselstroms 7 und dem maximalen Wert des Heizwechselstroms 7 bzw. als Quotient des Werts der Heizleistung 16 und dem maximalen Wert der Heizleistung 16. Der Zusammenhang ist dabei für verschiedene Röhrenhochspannungen 5 dargestellt, insbesondere für die Röhrenhochspannungen 5 von 40 kV, 80 kV und 125 kV. Der Zusammenhang kann von verschiedenen Faktoren in einem medizinischen Bildgebungssystem abhängen, zum Beispiel vom Aufbau und der Art des Filaments 3, und kann für bestimmte Ausführungsformen auch von der Darstellung abweichen. Dabei ist in der Darstellung zu erkennen, dass die drei für den relativen Heizwechselstrom 7` dargestellten Kurven eine verhältnismäßig große Steigung, also einen hohen Gradienten, aufweisen, vor allem im Vergleich zu den drei Kurven, die sich auf die relative Heizleistung 16' beziehen. Eine geringe Änderung des relativen Heizwechselstrom 7` hat also eine große Auswirkung auf den Röhrenstrom 1, I_t. Der Zusammenhang zwischen der relativen Heizleistung 16' und dem Röhrenstrom 1, I_t ist deutlich flacher, eine geringe Änderung der relativen Heizleistung 16 hat also eine geringe Auswirkung auf den Röhrenstrom 1, lt. Insbesondere kann der Unterschied der Gradienten zum Beispiel um den Faktor 3,5 geringer sein.
• Eine weitere beispielhafte Ausführungsform der elektronischen Schaltung, die auf derjenigen der FIG 1 basiert, ist in FIG 4 dargestellt. Dort ist eine beispielhafte Wechselspannungsversorgung 27 dargestellt, die an einen Versorgungsgleichrichter 26 angeschlossen ist. Der Versorgungsgleichrichter 26 kann der elektronischen Schaltung 22 die Heizgleichspannung 10 zur Verfügung stellen. Diese Heizgleichspannung 10 kann dem Wechselrichter 8 zur Verfügung gestellt werden und einen Heizgleichstrom 9 verursachen. Die Regelanordnung 11 ist dazu eingerichtet, den Heizgleichstrom 9 und die Heizgleichspannung 10 zu messen und daraus die Regelgröße zu berechnen, in dieser Ausführungsform ist die Regelgröße beispielsweise eine Heizimpedanz 17. Die Heizimpedanz 17 kann dabei der Quotient aus der Heizgleichspannung 10 zu dem Heizgleichstrom 9 sein. Die Heizimpedanz 17 kann in zumindest dieser Ausführungsform die Regelgröße für den inneren Regler 20 der Regelanordnung 11 darstellen. Zusätzlich ist in FIG 4 ein Invertierer 21 dargestellt, der den erhaltenen Wert der Heizimpedanz 17 zum Abgleich mit dem Sollwert 14 invertieren kann. Der invertierte Wert der Heizimpedanz 17 kann im inneren Regler 20 mit dem Sollwert 14 verglichen werden. Der innere Regler 20 kann als Pl Regler oder als PID Regler mit den bereits weiter oben beschriebenen Merkmalen ausgelegt sein.
• Anhand der Summe des invertierten Wertes der Heizimpedanz 17 und des Sollwerts 14, ergibt sich ein Wert der Stellgröße 12, die der innere Regler 20 einer Steuersignalerzeugung 8' zur Verfügung stellen kann. Die Steuersignalerzeugung 8' kann beispielsweise einzelne Schalterstellungen als Eingabesignal des Wechselrichters 8 erzeugen und dem Wechselrichter 8 zur Verfügung stellen. Am Ausgang des Wechselrichters 8 kann die Heizwechselspannung 6 zur Verfügung gestellt werden, insbesondere an den Transformator 13. Der Transformator 13 kann abhängig von dem Übersetzungsverhältnis aus der Heizwechselspannung 6 eine Filamentspannung 18 erzeugen und diese dem Filament 3 zur Verfügung stellen. Dabei kann die Filamentspannung 18 den Filamentstrom 4 hervorrufen.
• In der FIG 4 ist darüber hinaus die Röntgenröhre 15 dargestellt, die neben dem Filament 3 die Anode 2 enthält.
• Die Regelung basierend auf der Heizimpedanz 17 hat insbesondere den Vorteil, dass die angestrebte Temperatur des Filaments 3 besonders frühzeitig erreicht werden kann. Aus dem Ohm'schen Gesetz folgt $$R_f=\frac{U_f}{I_f}=\rho \frac{l}{s}={\rho }_0\left(1+aT\right)\frac{l}{s},$$ wobei R_f den Ohm'schen Widerstand des Filaments 3 bezeichnet, U_f die am Filament 3 anliegende Spannung und I_f den durch das Filament 3 fließenden Strom, ρ den spezifischen Widerstand des Filaments 3, l die Länge des Filaments 3, s seine Querschnittsfläche, ρ ₀ den spezifischen Widerstand des Filaments 3 bei 0 °C, a den Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstands, und T die Temperatur des Filaments 3 bei 0 °C. Für Wolfram hat man beispielsweise $a=\mathrm{0,0046}\frac{1}{°C}$ und ρ ₀ = 5,5 * 10^-8 Ω m.
• Daraus kann die folgende Gleichung zur Berechnung der Temperatur abgeleitet werden: $$T=\frac{\left(\frac{R_f\frac{s}{l}}{{\rho }_0}-1\right)}{a}=\frac{R_{f}s}{a{\rho }_{0}l}-\frac{1}{a}=k{R}_f-b=k\frac{U_f}{I_f}-b,$$ wobei $k=\frac{s}{{\mathit{a\rho }}_{0}l}$ und b = 1/a.
• Daraus folgt, dass die Temperatur des Filaments 3 linear von seinem Widerstand abhängt. Diese Linearität führt dazu, dass die Regelung mit dem inneren Regelkreis dazu führt, dass die Temperatur stabiler, exakter und schneller auf den gewünschten Wert gebracht werden kann.
• Die Messung der beiden Werte U_f und I_f kann als äquivalent zur Messung der Temperatur des Filaments 3 angesehen werden. Da die direkte Messung dieser beiden Werte technisch schwierig und kostspielig ist, ist es vorteilhaft andere Größen zu nutzen, die leichter messbar sind und in direktem Zusammenhang mit R_f stehen, wie es vorliegend für FIG 4 durch die beschriebene Messung der Heizgleichspannung 10 und des Heizgleichstroms 9 realisiert ist.
• Der folgende Algorithmus kann beispielweise genutzt werden:
1. 1. Setzen eines neuen erwarteten Filamentwiderstands R_ref, der durch Filamentlernen gelernt wurde.
2. 2. Setzen eines kleinen Stroms I_d durch das Filament 3, sodass der Feedbackstrom nicht exakt Null ist.
3. 3. Messen der Heizgleichspannung 10 und des Heizgleichstroms 9.
4. 4. Berechnen des tatsächlichen Filamentwiderstand R_d .
5. 5. Berechnung der Differenz ΔR zwischen einem erwarteten Filamentwiderstand R_ref und dem tatsächlichen Filamentwiderstand R_d .
6. 6. Verwenden des inneren Reglers 20 zur Berechnung der Stellgröße 12 und daraus der Steuersignale für den Wechselrichter 8 aus ΔR.
7. 7. Wiederholung der Schritte 3 bis 7.
• Ein widerstandsbasiertes Filament-Lernen kann beispielsweise gemäß dem folgenden Algorithmus realisiert werden:
1. 1. Setze I_f auf I_f,llx und KV_s,ls auf 0 (false).
2. 2. Setze C = 0 und KV = KV_s [0].
3. 3. Falls KV_s,ls [C] = 1 (true), gehe zu Schritt 12.
4. 4. Appliziere I_f an dem Filament 3 und warte bis zu dessen Stabilisierung.
5. 5. Appliziere die aktuelle Röhrenhochspannung 5 und Belichtungszeit an der Röntgenröhre.
6. 6. Führe eine Röntgenaufnahme durch und messe den Röhrenstrom 1, I_T und die Filamentspannung U_f sobald diese stabil sind.
7. 7. Berechne den Widerstand $R=\frac{U_f}{I_f}$ .
8. 8. Speichere das Tupel (KV,I_f, I_T, U_f, R).
9. 9. Falls I_f > I_f,ulx, setze KV_s,ls auf 1 (true).
10. 10. Falls I_T > min (I_T,ulg, I_T,ulx ), setze KV_s,ls auf 1 (true).
11. 11. Falls $I_T>\min \left(\frac{P_{\mathit{ulx}}}{\mathit{KV}},\frac{P_{\mathit{ulg}}}{\mathit{KV}}\right)$ , setze KV_s,ls auf 1 (true).
12. 12. Setze C → C + 1.
13. 13. Falls C < C_KV , setze KV_s (C_KV ) und gehe zu Schritt 3.
14. 14. Falls alle Elemente von KV_s,ls auf 1 (true) gesetzt sind, gehe zu Schritt 16.
15. 15. Setze I_f → I_f + I_f,s, C = 0, KV = KV_s [0] und gehe zu Schritt 3.
16. 16. Ende.
• Dabei bezeichnen C_KV die Anzahl der betrachteten Röntgenspannungen, I_f,ulx eine Obergrenze für den Strom durch das Filament 3, I_f,llx eine Untergrenze für den Strom durch das Filament 3, I_T,ulx eine Obergrenze für den Röhrenstrom 1, I_T,ulg, einen maximal bereitstellbaren Röhrenstrom 1, P_ulx eine Obergrenze für die Röhrenleistung, P_ulg, eine maximal bereitstellbare Röhrenleistung, I_f,s einen vorgegebenen Stromwertschritt, KV_s ein Array der Größe C_KV , das alle betrachteten Röntgenspannungen speichert, und KV_s,ls ein Array der Größe C_KV , welches Information speichert, ob das Lernen für die einzelnen Röntgenspannungen abgeschlossen ist.
• Ein Vorteil ist, dass der innere Regler 20 die Filamentspannung 18 und den Filamentstrom 4 nicht kennen muss. Ferner kann der Filamentstrom 4 stabiler gehalten werden, da er durch seinen Widerstand im Sinne der Temperatur gesteuert wird. Dies ist beispielsweise sehr hilfreich für zeitkritische Röntgenaufnahmen unter der Anforderung einer hohen Zeit-Raum-Auflösung.
• Zudem wird das Filament 3 wird bei dieser Steuerung zu Beginn der Röntgenaufnahme nicht zu heiß oder zu kalt, was zu einer zu hohen oder zu niedrigen Dosisleistung führen würde. Bei einer zeitgesteuerten Belichtung kann ein zu helles oder zu dunkles Bild vermieden werden. Ferner können der Generator und die Röntgenröhre 15 vor Überlastung geschützt werden.
• Der Widerstand als Indikator für die Filamenttemperatur ist auch für die prädiktive Instandhaltung (predictive maintenance) von Vorteil, da Abweichungen der Filamenttemperaturen im Vergleich zu Daten aus der Scanhistorie eine einfache Erkennung
  der Filamentalterung ermöglichen.
• In FIG 5 ist eine weitere schematische Darstellung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der elektronischen Schaltung 22 gezeigt, die auf derjenigen der FIG 1 basiert. Hierbei gelten die bereits in den übrigen Figuren dargestellten Merkmale, soweit nicht abweichend dargestellt. In der beispielhaft dargestellten Ausführungsform enthält die Regelanordnung 11 neben dem inneren Regler 20, dem Invertierer 21 und der Steuersignalerzeugung 8' zusätzlich einen äußeren Regler 19, der dem inneren Regler 20 überlagert sein kann. Der äußere Regler 19 erhält die aktuellen Werte der Röhrenhochspannung 5, des Röhrenstroms 1 und die Werte der Regelgröße, in diesem Fall die Heizleistung 16, und den Wert der Stellgröße 12, in diesem Fall das Puls-Pausenverhältnis als Aussteuergrad des Wechselrichters 8. Aus diesen Werten kann der äußere Regler 19 eine effektive Impedanz des Filaments 3 berechnen, die auch als Impedanzäquivalent bezeichnet werden kann. Der äußere Regler 19 kann dem inneren Regler 20 den Sollwert 14 zur Verfügung stellen, der in diesem Fall auch als eine äußere Stellgröße bezeichnet werden kann.
• Die übrigen Teile der elektronischen Schaltung 22 können identisch mit den bereits in den FIG 1 und FIG 2 dargestellten Teilen sein. Insbesondere ist in FIG 5 ebenso die Steuersignalerzeugung 8' dargestellt, die die einzelnen Schalterstellungen als Eingabesignal des Wechselrichters 8 erzeugen kann. Die Bezeichnungen S₁, S₂, S₃ und S₄ kennzeichnen insbesondere ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Wechselrichter 8 eine Vollbrücke aufweist und vier Schalter enthält. Die vier Schalter können beispielhaft von den Ausgangssignalen der Steuersignalerzeugung 8' angesteuert werden.
• In einem Ausführungsbeispiel, bei dem der Wechselrichter 8 eine Vollbrücke enthält und die Heizgleichspannung 10 im Bereich von minimal 24 V und maximal 80 V liegt, kann aufgrund der verfügbaren sehr kleinen Bauelemente, der geringeren Spannungsabstände und der Topologie als Vollbrücke ein sehr verlustarmer und kompakter Aufbau realisiert werden, beispielsweise können Kühlkörper entfallen, die bei einer Regelung über Größen im Wechselspannungs- bzw. Wechselstrombereich notwendig sind.
• Bei der beschriebenen Erfindung kann der Vorgang des Filamentlernens in längeren Zeitabständen durchgeführt werden. Dies ergibt sich insbesondere dadurch, dass durch die Verwendung der Heizleistung 16 als Regelgröße die Alterung des Filaments 3 und damit dessen Änderung in der Heizimpedanz 17 aktiv mitigiert wird, wodurch idealisiert betrachtet die Anzahl der freien Elektronen gleichbleibt. Da jedoch die Alterung des Filaments 3 nicht gleichmäßig erfolgt, ändert sich dessen Emissionscharakteristik dennoch mit fortschreitender Alterung. Allerdings geschieht das in deutlich längeren Abständen, als beim konventionellen Verfahren.
• Unabhängig vom grammatikalischen Geschlecht eines bestimmten Begriffes sind Personen mit männlicher, weiblicher oder anderer Geschlechteridentität mit umfasst.

Claims (15)

1. Elektronische Schaltung (22) zum Bereitstellen einer Heizwechselspannung (6) zum Beheizen eines Filaments (3) einer Röntgenröhre (15), aufweisend:

   - einen Wechselrichter (8), der dazu eingerichtet ist, eingangsseitig eine Heizgleichspannung (10) zu erhalten und die Heizgleichspannung (10) abhängig von einer Stellgröße (12) in eine Heizwechselspannung (6) zu wandeln und die Heizwechselspannung (6) ausgangsseitig zur Verfügung zu stellen; und

   - eine Regelanordnung (11), die dazu eingerichtet ist, die Heizgleichspannung (10) und einen aus der Heizgleichspannung (10) resultierenden Heizgleichstrom (9) zu messen und abhängig von der Heizgleichspannung (10) und dem Heizgleichstrom (9) eine Regelgröße zu bestimmen, und

   - die Regelanordnung (11) dazu eingerichtet ist, die Stellgröße (12) abhängig von der Regelgröße zu verändern, um die Regelgröße in einem inneren Regelkreis auf einen vorgegebenen Sollwert (14) zu regeln.
2. Elektronische Schaltung (22) nach Anspruch 1, wobei die Regelanordnung (11) dazu eingerichtet ist,

   - aus der Heizgleichspannung (10) und dem Heizgleichstrom (9) eine Heizleistung (16) zu bestimmen; und

   - die Regelgröße abhängig von der Heizleistung (16) zu bestimmen.
3. Elektronische Schaltung (22) nach Anspruch 2, wobei die Regelanordnung (11) dazu eingerichtet ist, den vorgegebenen Sollwert (14) der Regelgröße abhängig von der Heizleistung (16) und der Stellgröße (14) in einem äußeren Regelkreis zu regeln.
4. Elektronische Schaltung (22) nach Anspruch 1, wobei die Regelanordnung (11) dazu eingerichtet ist,

   - aus der Heizgleichspannung (10) und dem Heizgleichstrom (9) eine Heizimpedanz (17) zu bestimmen; und

   - die Regelgröße abhängig von der Heizimpedanz (17) zu bestimmen.
5. Elektronische Schaltung (22) nach Anspruch 4, wobei die Regelanordnung (11) dazu eingerichtet ist, den Heizgleichstrom (9) vor einer Durchführung einer initialen inneren Regelschleife des inneren Regelkreises auf einen vordefinierten Initialwert zu setzen.
6. Elektronische Schaltung (22) nach einem der vorherigen Ansprüche,
   wobei die Heizwechselspannung (6) eine nicht-sinusförmige Wechselspannung ist und die Stellgröße (12) dem Puls-Pausenverhältnis der Heizwechselspannung (6) entspricht.
7. Elektronische Schaltung (22) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei

   - die elektronische Schaltung (22) einen Transformator (13) enthält, der dazu eingerichtet ist, primärseitig die Heizwechselspannung (6) zu erhalten; und

   - der Transformator (13) abhängig von einem Übersetzungsverhältnis sekundärseitig dazu eingerichtet ist, eine Filamentspannung (18) zum Beheizen des Filaments (3) zur Verfügung zu stellen.
8. Elektronische Schaltung (22) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Regelanordnung (11) einen PI Regler oder einen PID Regler enthält.
9. Röntgenröhrensystem, aufweisend eine elektronische Schaltung (22) nach einem der vorherigen Ansprüche und eine Röntgenröhre (15).
10. Medizinisches Bildgebungssystem aufweisend ein Röntgenröhrensystem nach Anspruch 9.
11. Verfahren zum Bereitstellen einer Heizwechselspannung (6) zum Beheizen eines Filaments (3) einer Röntgenröhre (15), wobei:

    - eine Heizgleichspannung (6) abhängig von einer Stellgröße (12) in eine Heizwechselspannung (6) gewandelt wird und die Heizwechselspannung (6) zur Verfügung gestellt wird; und

    - die Heizgleichspannung (10) und ein aus der Heizgleichspannung (10) resultierender Heizgleichstrom (9) gemessen werden und abhängig davon eine Regelgröße bestimmt wird, und

    - die Stellgröße (12) abhängig von der Regelgröße verändert wird, um die Regelgröße auf einen vorgegebenen Sollwert (14) zu regeln.
12. Verfahren zum Beheizen eines Filaments (3) einer Röntgenröhre (15), wobei ein Verfahren nach Anspruch 11 durchgeführt wird und das Filament (3) abhängig von der Heizwechselspannung (6) beheizt wird.
13. Verfahren zum Beheizen eines Filaments (3) einer Röntgenröhre (15) nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei der vorgegebene Sollwert (14) der Regelgröße für eine vorgegebene Röhrenhochspannung (5) abhängig ist von einem vorgegebenen Zusammenhang zwischen einem Röhrenstrom (1) und der Regelgröße bestimmt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11, 12 oder 13, wobei

    - aus der Heizgleichspannung (10) und dem Heizgleichstrom (9) eine Heizleistung (16) bestimmt wird; und

    - die Regelgröße abhängig von der Heizleistung (16) bestimmt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11, 12 oder 13, wobei

    - aus der Heizgleichspannung (10) und dem Heizgleichstrom (9) eine Heizimpedanz (17) bestimmt wird; und

    - die Regelgröße abhängig von der Heizimpedanz (17) bestimmt wird.